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　　在過去18個月里，有11項基因編輯研發(fā)項目在美國或歐盟進入臨床開發(fā)階段，其中6項基于CRISPR-Cas基因編輯系統(tǒng)。現(xiàn)在基因編輯研發(fā)管線包括這一技術(shù)在體外基因編輯、癌癥免疫學和體內(nèi)基因編輯方面的應(yīng)用。近日，NatureReviewsDrugDiscovery上發(fā)表的一篇綜述對基因編輯的研發(fā)管線進行了深度盤點。

　　多種基因編輯技術(shù)平臺進入臨床開發(fā)階段

　　提到基因編輯技術(shù)，人們可能首先想到的是CRISPR-Cas基因編輯系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過使用向?qū)NA（guideRNA），讓Cas酶能夠識別基因組中的特定序列，從而對DNA或RNA序列進行精準的切割。CRISPR-Cas基因編輯系統(tǒng)因為它的簡便和可編程性，在問世以后就得到了學術(shù)界和研發(fā)界的廣泛應(yīng)用。

　　然而，基因編輯的工具并不只有CRISPR。目前，多項基于其它基因編輯技術(shù)平臺的研發(fā)項目也已經(jīng)進行臨床開發(fā)階段。其中之一是鋅指核酸酶（Zinc-fingernucleases,ZFNs），這類核酸內(nèi)切酶并不依靠RNA，而是依靠鋅指蛋白來識別特定DNA序列。Sangamo公司在開發(fā)基于鋅指核酸酶的基因編輯系統(tǒng)方面積累了很多經(jīng)驗。由于需要對鋅指蛋白進行修改來改變ZFN的靶向序列特異性，基于鋅指核酸酶的基因編輯系統(tǒng)沒有CRISPR基因編輯系統(tǒng)那么簡便。然而，ZFN基因編輯系統(tǒng)也有自己的優(yōu)勢。例如，它并不是源于細菌的蛋白，因此在人體中使用時可能更不容易激發(fā)人體的免疫反應(yīng)。而且，ZFN識別DNA序列的蛋白域與其它基因編輯系統(tǒng)相比更小，更容易裝進遞送基因編輯系統(tǒng)的載體之中。

▲不同基因編輯系統(tǒng)核酸序列識別亞基大小

　　除了CRISPR和鋅指核酸酶以外，其它的基因編輯技術(shù)平臺包括TALEN，大范圍核酸酶（meganulease），以及綜合TALEN和大范圍核酸酶構(gòu)建的megaTAL技術(shù)。它們都存在各自的優(yōu)缺點，也可以在不同的應(yīng)用場景下發(fā)揮作用。

　　體外基因編輯研發(fā)管線

　　最初的基因編輯研發(fā)項目聚焦于在體外對細胞進行編輯。從新技術(shù)開發(fā)的角度來講這并不意外，在體外對細胞的基因組進行編輯，可以避開困擾基因編輯的多種障礙。以CRISPR為例，基因編輯的一個主要障礙是如何將較大的基因編輯系統(tǒng)遞送到細胞內(nèi)部，而體外基因編輯可以使用電穿孔技術(shù)打開細胞膜這一屏障，讓基因編輯系統(tǒng)比較容易地進入細胞。

　　CRISPR基因編輯技術(shù)需要克服的另外兩個難關(guān)是防止基因編輯的“脫靶效應(yīng)”和Cas蛋白產(chǎn)生的免疫原性。而在體外對細胞進行基因編輯可以繞開人體的免疫應(yīng)答問題，并且可以對編輯后的細胞進行檢測，發(fā)現(xiàn)和清除出現(xiàn)“脫靶效應(yīng)”的細胞。提高潛在療法的安全性。

　　目前，體外基因編輯研發(fā)項目主要聚集于血紅蛋白疾病和癌癥免疫學兩大領(lǐng)域。無論是血紅蛋白疾病還是血液癌癥，已有的基因療法和細胞療法的成功已經(jīng)為開發(fā)基于基因編輯的創(chuàng)新療法鋪平了道路。同時，它們也代表著患者未被滿足的醫(yī)療需求。

　　在血紅蛋白疾病方面，數(shù)項治療鐮狀細胞貧血（SCD）和β地中海貧血的基因編輯項目已經(jīng)進入臨床開發(fā)階段。其中，Sangamo和賽諾菲聯(lián)合開發(fā)的ST-400/BIVV003使用ZFN基因編輯系統(tǒng)對從患者體內(nèi)獲得的造血干細胞和祖細胞（HSPCs）進行基因編輯，通過對BCL11A基因的編輯讓細胞能夠重新表達胎兒血紅蛋白。去年在ASH年會上公布的初步數(shù)據(jù)表明，接受改造過的HSPCs治療的三名患者中有兩名患者的胎兒血紅蛋白水平顯著提高。

　　CRISPRTherapeutics和Vertex公司聯(lián)合開發(fā)的CTX001使用CRISPR系統(tǒng)靶向相同的BCL11A基因。去年該公司公布了CTX001在一名嚴重鐮狀細胞貧血患者和一名β地中海貧血患者中的療效。兩名患者的臨床癥狀都有顯著改善。

　　在癌癥免疫療法方面，CAR-T療法的獲批和它們在治療血液癌癥方面的成功，不但為對T細胞進行基因編輯打下了良好的基礎(chǔ)，也為基因編輯技術(shù)找出了一個很好的應(yīng)用領(lǐng)域。CAR-T細胞通過將抗原嵌合受體（CAR）通過基因工程表達在T細胞表面，讓T細胞成為攻擊腫瘤的武器。然而，T細胞中原本存在的天然T細胞受體可能影響CAR-T細胞的療效，并且T細胞還受到多種免疫抑制和調(diào)控機制的影響，導致它們功能失常或出現(xiàn)衰竭。

　　基因編輯技術(shù)提供了一種進一步改進CAR-T療法的策略。在2019年，賓夕法尼亞大學的CAR-T療法先驅(qū)CarlJune博士與合作伙伴一起，使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)敲除了T細胞中的內(nèi)源T細胞受體和表達PD-1的基因。然后，他們將識別NY-ESO-1抗原（一種在多種腫瘤組織中高度表達的抗原）的T細胞受體表達在這些T細胞中。今年2月，研究團隊在《科學》雜志上發(fā)表了研究的初步結(jié)果。初步結(jié)果表明，經(jīng)過基因編輯的T細胞沒有導致與治療相關(guān)的嚴重不良反應(yīng)，而且顯示出持久的存活和擴增能力。

　　目前在癌癥免疫療法的研發(fā)管線中，基因編輯技術(shù)被用于進一步改善靶向CD19或BCMA抗原的CAR-T療法，以及對同種異體細胞療法進行改造，防止同種異體的T細胞對宿主組織進行攻擊。

　　體內(nèi)基因編輯研發(fā)管線

　　體內(nèi)基因編輯療法需要將基因編輯系統(tǒng)送入患者體內(nèi)，在體內(nèi)完成對基因組中特定序列的編輯。與體外基因編輯相比，它需要克服更多障礙，而它的應(yīng)用領(lǐng)域也更為多樣化。

　　例如，EditasMedicine和艾爾建在今年完成首例CRISPR體內(nèi)基因編輯療法的患者給藥。這款名為EDIT-101（又名AGN-151587）的在研療法使用腺相關(guān)病毒，將CRISPR基因編輯系統(tǒng)導入患者的視網(wǎng)膜細胞中，切除或逆轉(zhuǎn)導致Leber先天性黑朦10的CEP290基因上的致病突變。

　　眼睛為檢驗體內(nèi)基因編輯療法提供了一個良好的環(huán)境，因為眼睛屬于免疫特權(quán)（immunoprivileged）部位，在眼中引入外來蛋白不容易引起免疫反應(yīng)，而且眼睛向身體其它部位的血液循環(huán)有限，降低基因編輯系統(tǒng)對其它組織進行編輯的風險。同時，被基因編輯的細胞不會更新?lián)Q代，可能提高基因編輯的長期效果。

　　今年1月，LocusBiosciences公司宣布，啟動1b期臨床研究，檢驗其武裝了CRISPR-Cas3基因編輯系統(tǒng)的噬菌體crPhage，靶向?qū)е履虻栏腥镜拇竽c桿菌時的效果。噬菌體是自然界中天然以細菌為食的病毒，然而很多噬菌體殺傷細菌的能力并不算強。LocusBiosciences公司提高噬菌體殺傷力的辦法是給它們裝上CRISPR-Cas3的武器。Cas3與通常的Cas9不同，它一旦識別細菌基因組中的特定序列，會將附近的所有序列切碎，從而達到消滅細菌的效果。在臨床前研究中，這一攜帶CRISPR-Cas3的噬菌體在體外培養(yǎng)和尿道感染的小動物模型中都顯示出更好的殺菌效果。

　　在基因編輯研發(fā)管線中，很多項目治療的疾病為罕見病，這是由于作為一種新興技術(shù)，基因編輯的安全性尚未得到完全驗證，因此，在治療沒有已有療法的罕見病患者時的收益/風險比更為合理。不過，隨著更多的臨床試驗結(jié)果驗證它的安全性，基因編輯技術(shù)有可能向患者人數(shù)更多的大眾病擴展。

　　展望未來

　　在今明兩年，多項基因編輯臨床項目將公布結(jié)果。這些臨床結(jié)果將對基因編輯療法的短期未來走向產(chǎn)生很大的影響。同時，研究人員已經(jīng)在進一步豐富基因編輯的“工具箱”方面取得了重要進步。例如，Broad研究所的劉如謙（DavidLiu）教授基于CRISPR基因編輯系統(tǒng)，開發(fā)出單堿基編輯器，能夠?qū)⒒蛐蛄兄械娜魏螇A基修改成其它堿基。這一單堿基編輯系統(tǒng)能夠用于治療多種因為單堿基突變導致的遺傳性疾病。

　　對基因編輯系統(tǒng)的另一個研發(fā)方向是利用它識別基因組序列的能力，不去切斷DNA序列，而是讓它攜帶能夠調(diào)控基因表達的調(diào)節(jié)因子。例如，CRISPR-dCas9系統(tǒng)沒有切割DNA序列的活性，但是它可以與調(diào)節(jié)基因表達的效應(yīng)子融合，調(diào)節(jié)特定基因的表達。NavegaTherapeutics公司希望利用這一工具沉默Nav1.7離子通道的表達，從而阻斷傳遞痛覺信號的通路。

　　Sangamo公司在去年年底召開的研發(fā)日活動中，也著重強調(diào)了鋅指蛋白與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合（ZFN-TF），可以產(chǎn)生精準調(diào)節(jié)基因表達的工具。該公司還指出，將鋅指蛋白與不同效應(yīng)子相結(jié)合，可以產(chǎn)生行使多種不同功能的基因組調(diào)控工具。

▲鋅指蛋白與不同效應(yīng)子結(jié)合可以產(chǎn)生多種功能

　　基因編輯技術(shù)問世以來，人們對它能夠為治療疾病帶來哪些革新做出了很多設(shè)想。在經(jīng)過多年的努力之后，展現(xiàn)基因編輯療法潛力的臨床試驗結(jié)果即將在不久的未來公布，讓我們拭目以待。（藥明康德供稿）

　　參考資料：

　　[1]Gene-editingpipelinetakesoff.RetrievedMay19,2020,fromhttps://www.nature.com/articles/d41573-020-00096-y

　　[2]SangamoR&DDayPresentation.RetrievedMay19,2020,fromhttps://investor.sangamo.com/static-files/e29a38f9-b55b-49c0-b9e5-5240c2165cfd

　　[3]LocusBiosciencesinitiatesworld’sfirstcontrolledclinicaltrialforaCRISPRenhancedbacteriophagetherapy.RetrievedMay19,2020,fromhttps://www.locus-bio.com/media/locus-biosciences-initiates-worlds-first-controlled-clinical-trial/

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(責任編輯：李碩)